引用本文
杨文, 程佳, 姚琪, 崔仁胜, 龙海云, 韩颜颜. 2016年新疆呼图壁6.2级地震发震构造[J]. 地震地质, 2018,40(5): 1100-1114.
YANG Wen, CHENG Jia, YAO Qi, CUI Ren-sheng, LONG Hai-yun, HAN Yan-yan. THE PRELIMINARY STUDY ON THE SEISMOGENIC STRUCTURE OF THE HUTUBI MS6.2 EARTHQUAKE [J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2018,40(5): 1100-1114.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2018.05.010
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2016年新疆呼图壁6.2级地震发震构造
杨文1,2, 程佳3, 姚琪2, 崔仁胜4, 龙海云2, 韩颜颜2
1中国地震局地球物理研究所, 北京 100081
2中国地震台网中心, 北京 100045
3中国地震局地壳应力研究所, 北京 100085
4中国地震局地震预测研究所, 北京 100036

〔作者简介〕 杨文, 男, 1986年生, 2011年于中国地震局地震预测研究所获固体地球物理专业硕士学位, 中国地震局地球物理研究所固体地球物理专业在职博士, 主要研究方向为数字地震学, 电话: 13426030043, E-mail: yangwen@seis.ac.cn。

收稿日期: 2017-11-16
基金项目: 国家自然科学基金(41404043, 41504047)与中国地震台网中心青年基金(QNJJ201709)共同资助
摘要

文中利用新疆地震台网的震相报告, 采用双差定位方法重新定位2016年12月8日新疆呼图壁 MS6.2地震及 ML1.0以上地震的震源位置, 结果显示, 余震沿NE和NW 2个方向展布, 深度主要分布在5~15km范围内。同时利用新疆区域数字地震台网波形记录, 采用CAP方法反演了呼图壁 MS6.2主震和部分余震的震源机制和震源深度。基于上述研究, 综合分析了呼图壁6.2级地震的震源深度、 震源机制和余震分布特征, 探讨其发震构造。结果显示, 呼图壁6.2级地震的最佳双力偶机制解节面Ⅰ走向144°、 倾角26°、 滑动角118°, 节面Ⅱ走向293°、 倾角67°、 滑动角77°, 矩震级 MW=5.9, 矩心深度为15.2km, 表明本次地震为1次逆冲型的地震事件。余震震源机制解大部分显示为逆冲型, 与主震相似。推测本次地震的可能发震断裂为霍尔果斯-玛纳斯-吐谷鲁断裂。

关键词: 2016年呼图壁6.2级地震; 发震构造; 双差定位; 震源机制; CAP法
中图分类号:P315.2 文献标志码:0253-4967(2018)05-1100-15 文章编号:0253-4967(2018)05-1100-15
THE PRELIMINARY STUDY ON THE SEISMOGENIC STRUCTURE OF THE HUTUBI MS6.2 EARTHQUAKE
YANG Wen1,2, CHENG Jia3, YAO Qi2, CUI Ren-sheng4, LONG Hai-yun2, HAN Yan-yan2
1)Institute of Geophysics, China Earthquake Administration, Beijing 100081, China
2)China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China
3)Institute of Crustal Dynamics, China Earthquake Administration, Beijing 100085, China
4)Institute of Earthquake Forecasting, China Earthquake Administration, Beijing 100036, China
Abstract

Based on the phase report of Xinjiang Seismic Network, the Hutubi MS6.2 earthquake sequence ML≥1.0 was relocated by the HypoDD method. The results show that the aftershocks were distributed along NE and NW direction. The aftershocks were in the depths of 5~15km. In addition, by using the digital waveforms of Xinjiang Seismic Network, the best double-couple focal mechanism of the main shock and some aftershocks of MS≥3.8 were determined by the CAP method. Based on the above studies, the source depth, focal mechanism and aftershock distribution of the Hutubi MS6.2 earthquake were analyzed and the seismogenic structure was discussed. The nodal plane parameters of the best double-couple focal mechanism are strike 144°, dip 26°, rake 118°, and strike 293°, dip 67°, rake 77°, respectively. The moment magnitude MW is about 5.9, with centroid depth of 15.2km. These show that the main shock was a thrust type. Most focal mechanism solutions of the aftershocks were shown as a thrust type, which are similar to the main shock. It is speculated that the possible seismogenic fault of this earthquake is the Huorgosi-Manas-Tugulu Fault.

Keyword: 2016 Hutubi MS6.2 earthquake; seismogenic structure; double-difference algorithm; focal mechanism; Cut-and-Paste method
0 引言

2016年12月8日中国新疆呼图壁地区发生MS6.2地震。据中国地震台网中心初步测定①( ①http: ∥www.ceic.ac.cn/。), 该地震主震震中位置为43.83° N, 86.35° E, 震源深度6km。该地震发生后, 新疆地震台网记录到丰富的余震序列, 截至2016年12月24日22时, 共记录到0级以上地震773次, 最大余震震级为ML4.5, 发震时间为12月8日23时23分。这次地震发生在北天山与准噶尔盆地的强烈挤压地区, 该区域发育了多条平行的逆冲断裂。本次呼图壁MS6.2地震的发震构造归属对于研究这一地区强震之间的相互关系, 各条断裂的地震危险性等具有重要的意义。该地震震中位于齐古断裂和准格尔南缘断裂带附近②(②http: ∥www.eq-igl.ac.cn/upload/images/2016/12/8142252193.jpg。), 构造变形较为复杂。从历史上看, 该断裂附近曾发生过多次强烈地震, 如1906年沙湾7.7级地震、 1944年新源NE的7.2级地震等。近年来其所在的北天山地区中强震较为频繁, 先后发生多次中强地震, 如2003年2月14日石河子5.4级地震、 2012年6月30日新源-和静6.6级地震、 2013年3月29日昌吉-乌鲁木齐5.6级地震、 2013年8月30日乌鲁木齐5.1级地震、 2015年2月22日沙湾5.0级地震(图1)。2016年呼图壁6.2级地震的发生显示天山地区的地震活动性进一步增强。

图 1 2016年呼图壁6.2级地震及其周边历史地震
五角星代表2016年呼图壁6.2级地震; 灰色圆代表1900年以来7级以上地震; 黑色圆代表2000年以来5.0级以上地震; F1霍尔果斯-玛纳斯-吐谷鲁断裂; F2准噶尔南缘断裂; F3亚马特断裂; F4博罗克努断裂; F5阿吾拉勒山南缘断裂; F6包尔图断裂; F7阜康断裂; F8博格达北缘断裂; F9达尔布特断裂Fig. 1 The Hutubi MS6.2 earthquake and historical earthquakes around the area.

本次地震震中位于天山地震带, 新生代以来印度板块与欧亚大陆的碰撞与持续挤压, 导致天山的再度隆起及其南北两侧的冲断作用(Molnar et al., 1975; 刘和甫等, 1994; 邓起东等, 2000; 管树巍等, 2007)。天山地区的地壳缩短量达到 (200± 50)km, 而天山地区平均海拔隆升> 4, 000m(Avouac et al., 1993; Abdrakhmatov et al., 1996; Deng et al., 1996)。由于区域构造的差异, 天山及其相邻的塔里木、 准噶尔及吐哈盆地呈现不均一的地壳结构。地壳及上地幔结构P波层析成像结果表明, 塔里木、 准噶尔盆地等稳定地块的上地幔顶部显示为高速异常, 而天山造山带的上地幔顶部则存在明显的低速异常, 这可能由地幔底部的热物质上涌所导致。天山造山带的中东部地区各向异性和横向不均匀具有较好的一致性, 而西部地区则相对较为复杂, 这可能显示了天山造山带东、 西部地区不同的地幔动力作用。强震普遍分布于高、 低速转换区域, 显示了强震活动与上地幔顶部速度结构不均一性存在潜在的联系(Xu et al., 2002; Zhou et al., 2015)。

新生代天山主要由再旋回造山作用所形成, 冲断作用使构造负载所产生的岩石圈挠曲而形成塔里木-准噶尔地区中新生代盆地, 具前陆盆地或山间盆地性质(刘和甫, 1993)。此次地震震中位于北天山与准噶尔盆地交界地带, 在构造上属于乌鲁木齐山前坳陷南缘。乌鲁木齐山前坳陷位于天山新生代再生造山带的北侧, 南以准噶尔南缘断裂与天山相隔, 坳陷内发育有巨厚的中、 新生代地层, 形成薄皮构造。坳陷内部发育了几排逆断裂背斜带, 由南向北分别为齐古晚更新世褶皱断裂带、 玛纳斯-吐古鲁全新世褶皱断裂带和独山子-安集海全新世褶皱断裂带, 每1排构造带又由多个逆断裂背斜组成。最南的齐古逆断裂背斜带形成于中生代末, 其北的玛纳斯逆断裂背斜带包含霍尔果斯、 玛纳斯和吐谷鲁逆断裂背斜, 形成于上新世末、 早更新世初, 受上、 下2个滑脱面和断坡的控制, 形成上、 下2个背斜。这些逆断裂-背斜带是发育于近水平滑脱面和不同断坡上的断展褶皱。独山子和安集海逆断裂-背斜的水平缩短量分别为2, 900m、 1, 350m, 缩短速率分别为3.97mm/a、 1.87mm/a。霍尔果斯、 玛纳斯、 吐谷鲁逆断裂背斜的水平缩短量分别为5, 900m、 6, 500m、 6, 000m, 相应的缩短速率分别为2.02mm/a、 2.23mm/a、 2.06mm/a, 准噶尔南缘断裂和乌鲁木齐山前坳陷第四纪以来的水平缩短量为13.5~14.6km(邓起东等, 1999)。

地震发生后, 中国地震局地球物理研究所、 中国地震台网中心、 USGS等机构分别给出了呼图壁6.2级主震的震源机制解, 虽有所不同, 但均显示此次地震发震断层为逆冲特性。由于未发现地表破裂, 本次地震发震构造仍然存在争议, 研究其发震构造对了解该地区的地震活动性以及分析其未来发震趋势具有重要的现实意义。

本文基于新疆地震台网的震相到时数据, 采用双差定位法对呼图壁6.2级地震序列进行重新定位, 同时采用CAP方法反演地震序列中MS≥ 3.8的震源机制解和震源深度, 在此基础上结合地质资料分析呼图壁6.2级地震可能的发震构造。

1 新疆呼图壁6.2级地震及其余震重新定位

双差定位方法是Waldhauser等(2000)提出的1种定位精度较高的相对定位方法。该方法对一定空间范围内的地震进行组对, 利用组对地震到台站的到时差确定地震的相对位置。该方法在一定程度上消除了介质不均匀性造成的路径效应, 可以获得较高精度的相对空间位置分布。近年来, 双差定位方法已经广泛应用于新疆地区发震构造的研究(李志海等, 2014; 房立华等, 2015; 刘建明等, 2016; 李金等, 2016; 杨文等, 2017)。

地震发生之后, 新疆维吾尔自治区地震局前往震区架设了2个流动台站, 为后续研究获取了宝贵资料。本研究选取2016年12月8日至2017年1月ML≥ 1.0的地震事件, 利用新疆地震台网震相观测报告采用双差定位方法对12月8日新疆呼图壁6.2级地震序列进行了重新定位。本研究选择了包括震中距400km以内的固定台站和2个流动台站在内的32个台站(图2a)所记录到的Pg和Sg波震相资料。Pg波与Sg波走时与其到台站的距离明显呈线性关系, 最后挑选了1倍残差以内的到时, 包括Pg波4, 189条和Sg波3, 284条, Pg波与Sg波的走时-距离曲线如图2b。对震中距与Pg波和Sg波走时分别进行线性最小二乘拟合, 拟合Pg波平均速度为5.944km/s, Sg波平均速度为3.449km/s(图2b)。由震中距与Pg波和Sg波走时分别拟合的波速比为1.72。一般情况下P波震相为初至波, 读数精度高于S波, 故在计算过程中对P波读数赋予1.0的权重, 对S波读数赋予0.5的权重。设定地震对之间的最大距离不超过10km, OBSCT设为10。速度模型根据转换波测深剖面的结果(邵学钟等, 1996)得到, 如表1。计算过程中, 采用共轭梯度法求解方程, 经过2组共10次迭代后得到阻尼最小二乘法解。

图 2 新疆呼图壁6.2级地震周边台站分布(a)及Pg波和Sg波走时-距离曲线(b)
左图灰色圆圈代表呼图壁余震序列, 倒三角代表测震流动台站, 黑色三角代表固定测震台站Fig. 2 The distribution of the stations around the Hutubi MS6.2 earthquake(a) and travel time curves of Pg and Sg phases(b).

表1 初始地壳速度模型 Table1 The initial velocity structure of the crust

重新定位后地震序列较重新定位之前的地震序列震中分布更加集中, 如图3b。重新定位后的震源位置测定平均误差在EW方向为0.511, 7km, 在SN方向为0.481, 7km, 在垂直方向上为0.557, 3km。重新定位后的主震震中为43.77° N, 86.38° E, 震源深度13.25km。主震位于余震区SE端, 余震大致呈NW和NE 2个方向展布。余震分布沿剖面A— A'明显比沿剖面B— B'分散(图3c, d), 发震断层比较靠近剖面A— A'。 余震深度为5~15km, 且ML≥ 3.0震级较大的余震大多震源深度较深, 距离主震较近, 而较小余震则分布相对较浅, 距离主震相对较远。随着时间推移, 余震活动逐渐衰减, 大部分余震在10d以内发生。在深度剖面上(图3c, d), 余震区逐渐收缩, 并且具有向浅层发展的趋势。2017年1月2日的1次4.0级强余震在空间上接近于呼图壁6.2级主震, 显示了余震的起伏活动。

图 3 重新定位前主震(五角星)及余震震中分布(a), 重新定位后主震(五角星)及余震震中分布(b), A— A'剖面(c)及B— B'剖面(d)Fig. 3 Epicentral distributions of the earthquakes before(a)and after(b) the relocation and the focal depth of the earthquakes along the profiles A-A'(c)and B-B'(d).

2 新疆呼图壁6.2级地震及其余震震源机制

为了更深入地了解本次地震的相关构造特征, 对呼图壁地震序列中6.2级主震及较大余震进行了震源机制反演。近年来国际上发展的 Cut-and-Paste法(CAP方法)利用波形数据反演震源机制解, 该方法的反演结果对速度结构和地壳横向差异不敏感, 具有较高的可靠性(吕坚等, 2008; 韦生吉等, 2009; 郑勇等, 2009)。其基本思路是将地震波形分为广义体波和面波分别进行拟合(Zhao et al., 1994; Zhu et al., 1996)。首先采用频率-波数法计算理论地震图(Zhu et al., 2002), 然后将双力偶源的理论合成位移 g(t)与扣除仪器响应后的观测波形 f(t)作互相关, 即

C(t)=∫-∞+∞f(τ)g(t+τ)dτ∫-∞+∞f2(τ)dτ∫g2(τ)dτ

当 C(t)为最大正值时, 认为理论地震波形 g(t)与观测波形 f(t)拟合得最好, 所对应的 t表示 g(t)相对于 f(t)的时间偏移量, 反演过程的判断标准为 g(t)=f(t), 采用网格搜索法得到最佳震源机制解。该方法综合利用了近震体波振幅与面波振幅比, 反演时赋予体波和面波不同的权重, 在避免面波起主导作用的同时又较为全面而可靠地反映了震源信息, 尤其对震源深度有着很好的约束。

本研究采用CAP法反演2016年新疆呼图壁6.2级地震及部分MS≥ 3.8余震的震源机制解。所使用的数据来自中国地震局地球物理研究所提供的地震波形资料(郑秀芬等, 2009), 挑选了震中附近400km范围内的台站记录, CAP反演过程中的速度结构模型采用了Crust2.0地壳速度模型 。

以呼图壁6.2级地震为例, 去除事件波形中存在断数、 限幅的台站, 选择P波初动明显、 信噪比较高的波形记录, 保证台站的信噪比> 1.2。首先从原始记录中扣除仪器响应, 然后积分转换为位移记录, 重采样后从ZNE分量旋转到ZRT分量, 并分为体波和面波2部分, 分别对体波和面波做带通滤波, 对于不同震级的地震采用不同的滤波频段。对于新疆呼图壁6.2级主震体波部分滤波频段为0.05~0.15Hz, 面波部分为0.05~0.10Hz; 对于MS3.8以上余震则体波部分滤波频段为0.04~0.12Hz, 面波部分滤波频段为0.06~0.10Hz。Pnl波和面波的相对权重取为 2︰1。 Q值采用新疆北天山地区的结果(赵翠萍等, 2011; 刘建明等, 2014), S波Q值取为460, P波Q值取为920。使目标函数拟合差最小, 则求得呼图壁6.2级主震及其部分余震的震源机制解和最佳矩心深度。

图4给出了呼图壁6.2级地震的拟合差和震源机制解随矩心深度的变化, 在15.2km处拟合差最小, 此最佳矩心深度所对应的震源机制解为本次地震的最佳双力偶解。图5为呼图壁6.2级地震的波形拟合结果, 其最佳双力偶解节面Ⅰ 走向144° 、 倾角26° 、 滑动角118° , 节面Ⅱ 走向293° 、 倾角67° 、 滑动角77° , 矩震级MW=5.9。在所选用的台站记录中, 理论波形和观测波形拟合度为78%。

图 4 新疆呼图壁6.2级地震拟合差和震源机制解随矩心深度的变化Fig. 4 Focal mechanism solutions and misfit of the Hutubi MS6.2 mainshock at different depths.

图 5 新疆呼图壁6.2级地震部分台站的理论地震波形(红色)与观测波形(黑色)对比
波形下方第1行数字为理论波形相对于观测波形的时移, 第2行为2波形的相关系数(%); 波形左侧为台站名, 台站名下方为震中距(km)与该台理论P波初至与观测P波初至的差值Fig. 5 Comparison between synthetic(red)and observed(black)seismograms of Hutubi MS6.2 earthquake in some stations.

从表 2的结果来看, 各个机构结果的倾角比较接近, 约为19° ~27° , 均显示新疆呼图壁6.2级地震具有明显的逆冲性质, 本研究得到的矩心深度较其他研究结果浅。各研究机构得到的节面Ⅰ 的走向存在一定的差异, 节面Ⅱ 的则走向均为NW向。节面Ⅰ 的走向上的差异与所采用的震源机制反演方法、 所用速度模型以及使用的数据有关。其中, Globe CMT、 USGS以及中国地震台网中心的结果基于矩心矩张量方法,

表2 新疆呼图壁6.2级地震震源机制解结果对比 Table2 Comparison of the focal mechanism solution of the Hutubi MS6.2 earthquake from different researches

该方法假设地震的尺度与地震波的周期相比是较小的(Ekströ m et al., 2012), 所使用的资料为远震面波资料或长周期体波。远场的数据可能包含了深度震相的信息, 对于中强地震的深度可能约束得更好。而本文所使用的CAP方法所使用的是区域性的面波和体波, 台站更接近震源, 受速度模型影响小, 约束全面, 因此, 可得到更多的震源信息, 在一定程度上更加可信。中国地震局地球物理研究所使用的反演方法也是CAP方法, 与本文结果存在差别的主要原因可能在于所使用的的速度模型、 滤波参数和所使用的台站存在差异。虽然CAP方法对速度模型的依赖性相对较小, 但不同的速度模型对计算结果仍产生影响, 呼图壁地震位于天山和准噶尔盆地交界地带, 地壳结构较为复杂。使用不同的速度结构反演可能导致计算的格林函数存在差异, 这对搜索最佳的震源机制解、 矩震级和震源深度产生影响, 从而使得最佳双力偶解存在一定的误差。

同样地, 我们反演了余震序列中7次MS≥ 3.8地震的震源机制, 反演的台站数保证在6个以上, 台站张角< 180° , 拟合度均 > 60% , 反演的结果如表3和图6, 其中震源位置为重新定位后的结果。反演结果显示, 7次较大余震中有3次逆冲型, 2次斜滑型, 1次正断型。大部分余震震源机制与主震较为一致, 主震附近的几次余震均为逆冲型, 其受主震的影响较大。距离主震较远的1次余震震源机制类型为正断型, 表明震源破裂过程中应力发生了调整。12月8日23时23分MS4.0余震之前的MS4.0余震与主震震源机制相似性较好, 而之后的余震与主震震源机制相似性变差, 说明此时余震区的应力得到了释放。余震深度分布在10~18km之间, 在主震发震后初期变化较大, 可能说明主震发生之后破裂较为剧烈, 12月8日23时23分MS4.0余震之后的余震深度与主震相差不大, 说明余震活动已趋于稳定。

表3 新疆呼图壁6.2级地震主震及部分MS≥ 3.8余震震源机制 Table3 The focal mechanism solution of the mainshock and some aftershocks above MS3.8

图 6 新疆呼图壁6.2级主震及其部分余震震源机制Fig. 6 The focal mechanism solution of the Hutubi MS6.2 mainshock and some aftershocks.

呼图壁地震震中处于油气充放区, 为了探讨本次地震是否跟流体有关, 采用gCAP(generalized Cut and Paste)方法(Zhu et al., 2013)求取呼图壁6.2级主震的全矩张量解(Mij )。该方法在CAP方法的基础上, 在波形反演过程中考虑了非双力偶分量。反演中, Pnl和S波滤波范围分别为0.05~0.15Hz和0.05~0.1Hz, 走向、 倾角和滑动角的搜索间隔均为10° , 深度为1km, 采样间隔设为0.1s, 采样点1, 024个, 速度模型仍然使用Crust2.0。类似于CAP反演, 最终反演得到呼图壁6.2级地震的最佳拟合深度大约为16.2km, 如图7。将Mij 分成双力偶(DC)、 各向同性(ISO)和补偿线性偶极子(CLVD)3部分, 所占比例分别为86%、 11%、 3%, ζ (ISO部分在全矩张量中所占大小)和χ (CLVD在偏张量中所占大小)分别为0.33和-0.17。这些结果说明, 呼图壁6.2级地震双力偶成分仍占主要的部分, 同时也具有显著的非双力偶成分(ISO部分和CLVD部分), 占14%。这表明震源破裂过程较为复杂, 这种复杂性可能与本次地震所处的构造环境有一定关系, 也可能与震源的破裂面为非平面结构有关(Julian et al., 1998; Lei et al., 2012a; 张广伟等, 2014), 还可能与震源区高孔隙压力导致的拉张或闭合型破裂相关(Miller et al., 1998; Lei et al., 2012b)。因此, 本次地震是否与油气充放有关还有待进一步的研究。

图 7 用gCAP方法得到新疆呼图壁6.2级地震拟合差和震源机制解随矩心深度的变化Fig. 7 Focal mechanism solutions and misfit of the Hutubi MS6.2 mainshock at different depths by gCAP method.

3 结论与讨论

(1)呼图壁6.2级主震的震源位置为43.77° N, 86.38° E。CAP反演得到的矩心深度为15.2km。最佳双力偶机制节面Ⅰ : 走向144° , 倾角26° , 滑动角118° ; 节面Ⅱ : 走向293° , 倾角67° , 滑动角77° , 显示此次地震为准噶尔南缘附近以逆冲为主的地震事件。余震分布的NW走向与节面Ⅰ 走向存在明显差异, 说明主震受S倾的断裂控制, 余震分布则显示了次级反冲断层的活动(Lu et al., 2017)。

(2)利用CAP方法计算震级> MS3.8余震的震源机制, 大部分余震震源机制与主震较为一致, 深度分布在10~18km之间, 主震附近的几次余震均为逆冲型, 其受主震的影响较大。距离主震较远的1次余震震源机制类型为正断型, 表明震源破裂过程中应力发生了调整。震源深度和震源机制的变化表明, 12月8日23时23分MS4.0地震之后余震区的应力得到了释放。考虑非双力偶成分, 采用gCAP方法反演主震的震源机制, 结果表明呼图壁6.2级地震具有显著的非双力偶成分, 这可能与震源的破裂面为非平面结构或者油气充放有关。

(3)双差定位结果显示呼图壁6.2级主震位于霍尔果斯-玛纳斯-吐谷鲁断裂上, 震源深度13.25km, 较CAP方法得到的矩心深度浅。这可能是由于绝对定位存在误差, 双差定位建立了事件对之间的联系, 所以虽然绝对位置存在误差, 但相对位置能够比较真实地反映余震分布情况。余震沿着NE和NW 2个方向展布, 在深度方向上向N倾。 ML≥ 3.0震级较大的地震大多震源深度较深, 而较小地震分布相对较浅。随着时间推移, 余震活动逐渐衰减, 余震区逐渐收缩, 并且具有向浅层发展的趋势。

本研究参照相关研究成果, 将重新定位结果投影到通过地震解释得到的构造上(Lu et al., 2017), 余震分布于F1之上(图8), 而且呼图壁6.2级主震位于F1附近, 该断裂呈现 “ 倾斜-平缓-倾斜” 的结构特点, 上方的倾角较下方大, 本次地震发生在该断裂下方的倾斜面上, 倾角为20° ~30° , 与本文得到的倾角26° 相近。本次地震序列主震的震源深度较深, 余震主要位于断裂f1和断裂f2之间, 较大余震从深度剖面上也主要位于断裂f1附近, 主要受断裂f1控制。而较小的余震则深度相对较浅, 有可能受反冲断层影响较大。时间上, 主震发生之后, 余震逐渐向浅部发展。

图 8 2016年新疆呼图壁6.2级地震发震构造
五角星为呼图壁6.2级主震, 彩色为呼图壁序列精定位结果, 灰色为1970年以来震级> ML4.0的地震Fig. 8 The seismogenic structure of the Hutubi MS6.2 earthquake.

为了更好地分析活动构造和地震活动的关系, 将剖面B— B'两侧50km范围内1970年以来震级> ML4. 0的地震投影到该构造上 。大部分震级> ML4.0的地震均在断裂f1附近, 说明断裂f1断裂控制了区域内的构造活动。断裂f1下盘也存在1条断裂f3, 该断裂的活动性明显比f1弱。断裂f2附近活动性与断裂f3相当, 受到断裂f1的控制。呼图壁MS6.2地震也明显受到f1的控制。

北天山与乌鲁木齐山前坳陷之间的褶皱逆冲带, 在近SN向挤压环境条件下, 受到准噶尔盆地的刚性阻挡, 中新生代以来发育了多排逆断裂-褶皱带。这些皱褶呈北翼陡倾, 南翼平缓的不对称背斜构造, 北翼往往发育有断面向S倾的逆冲断裂, 这些断裂在浅部具有明显的活动性, 在深部可能受到仍在活动的滑脱带的控制(杨晓平等, 2002; 刘保金等, 2007)。沿滑脱面将来自北天山的冲断构造位移量由南向北传递, 在每个断坡位置引发上覆地层的褶皱变形, 从而形成SN方向上背斜成排分布的格局。准噶尔盆地南缘地区构造变形表现为明显的冲断构造特征。与世界上多数前陆冲断带构造地质特征相似, 该地区的楔形构造非常典型, 是前陆冲断带内部冲断构造位移量消减的主要方式之一, 控制着前陆冲断带的分布范围和变形方式(李本亮等, 2012)。呼图壁6.2级地震的发生揭示了天山地区楔形构造反冲作用消减了来自天山的构造位移量的特征。

致谢 中国地震局地球物理研究所 “ 国家数字测震台网数据备份中心” 和新疆维吾尔自治区地震局为本研究提供了地震波形数据; 本文使用了中国地震局地震预测研究所提供的Seis_cap软件和朱露培教授的gCAP程序用于震源机制反演, 使用了Waldhauser F博士的双差定位程序用于重新定位; 新疆维吾尔自治区地震局吴传勇博士在结果解释上提出了建议; 刘建明助研、 李金助研为本文提供了帮助; 审稿专家提出了宝贵的修改意见, 在此一并表示感谢!

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 邓起东, 冯先岳, 张培震, 等. 1999. 乌鲁木齐山前坳陷逆断裂-褶皱带及其形成机制[J]. 地学前缘, 6(4): 191—201.
DENG Qi-dong, FENG Xian-yue, ZHANG Pei-zhen, et al. 1999. Reverse fault and fold zone in the Urumqi range-front depression of the northern Tianshan and its genetic mechanism[J]. Earth Science Frontiers, 6(4): 191—201(in Chinese). [本文引用:1]
[2] 邓起东, 冯先岳, 张培震, 等. 2000. 天山活动构造 [M]. 北京: 地震出版社. 1—399.
DENG Qi-dong, FENG Xian-yue, ZHANG Pei-zhen, et al. 2000. The Active Tectonics of Tianshan Region [M]. Seismological Press, Beijing, 1—399(in Chinese). [本文引用:1]
[3] 房立华, 吴建平, 王未来, 等. 2015. 2014年新疆于田 MS7. 3地震序列重定位[J]. 地球物理学报, 58(3): 802—808.
FANG Li-hua, WU Jian-ping, WANG Wei-lai, et al. 2015. Relocation of the 2014 MS7. 3 earthquake sequence in Yutian, Xinjiang[J]. Chinese Journal of Geophysics, 58(3): 802—808(in Chinese). [本文引用:1]
[4] 管树巍, 李本亮, 何登发, 等. 2007. 晚新生代以来天山南、 北麓冲断作用的定量分析[J]. 地质学报, 81(6): 725—744.
GUAN Shu-wei, LI Ben-liang, HE Deng-fa, et al. 2007. Late Cenozoic active fold-and -thrust belts in the southern and northern flanks of Tianshan[J]. Acta Geologica Sinica, 81(6): 725—744(in Chinese). [本文引用:1]
[5] 李本亮, 管树巍, 陈竹新, 等. 2012. 楔形构造在山前冲断构造位移量消减中的作用: 以准噶尔盆地南缘为例[J]. 地质学报, 86(6): 890—897.
LI Ben-liang, GUAN Shu-wei, CHEN Zhu-xin, et al. 2012. The effect of wedge structure on displacement subduction of piedmont thrust structure: A case study of the southern margin of Junggar Basin[J]. Acta Geologica Sinica, 86(6): 890—897(in Chinese). [本文引用:1]
[6] 李金, 王琼, 吴传勇, 等. 2016. 2015年7月3日皮山6. 5级地震发震构造初步研究[J]. 地球物理学报, 59(8): 2859—2870.
LI Jin, WANG Qiong, WU Chuan-yong, et al. 2016. Preliminary study for seismogenic structure of the Pishan MS6. 5 earthquake of July 3, 2015[J]. Chinese Journal of Geophysics, 59(8): 2859—2870(in Chinese). [本文引用:1]
[7] 李志海, 郑勇, 谢祖军, 等. 2014. 2012年6月30日新疆新源—和静 MS6. 6地震发震构造初步研究[J]. 地球物理学报, 57(2): 449—458.
LI Zhi-hai, ZHENG Yong, XIE Zu-jun, et al. 2014. A preliminary study of seismogenic structure for the Xinyuan-Hejing, Xinjiang MS6. 6 earthquake of June 30, 2012[J]. Chinese Journal of Geophysics, 57(2): 449—458(in Chinese). [本文引用:1]
[8] 刘保金, 沈军, 张先康, 等. 2007. 深地震反射剖面揭示的天山北缘乌鲁木齐坳陷地壳结构和构造[J]. 地球物理学报, 50(5): 1464—1472.
LIU Bao-jin, SHEN jun, ZHANG Xian-kang, et al. 2007. The crust structures and tectonics of Urumqi depression revealed by deep seismic reflection profile in the northern margin of Tianshan Mountains[J]. Chinese Journal of Geophysics, 50(5): 1464—1472(in Chinese). [本文引用:1]
[9] 刘和甫. 1993. 沉积盆地地球动力学分类及构造样式分析[J]. 地球科学, 18(6): 699—725.
LIU He-fu. 1993. Dynamic classification of sedimentary basins and their structural styles[J]. Earth Science, 18(6): 699—725(in Chinese). [本文引用:1]
[10] 刘和甫, 梁慧社, 蔡立国, 等. 1994. 天山两侧前陆冲断系构造样式与前陆盆地演化[J]. 地球科学, 19(6): 727—741. [本文引用:1]
[11] LIU He-fu, LIANG Hui-she, CAI Li-guo, et al. 1994. Evolution and structural style of Tianshan and adjacent basins, northwestern China[J]. Earth Science, 19(6): 727—741(in Chinese). [本文引用:1]
[12] 刘建明, 李志海. 2014. 新疆北天山非弹性衰减、 场地响应及其震源参数研究[J]. 地震, 34(1): 77—86.
LIU Jian-ming, LI Zhi-hai. 2014. Non-elastic attenuation, site response and source parameters in the northern Tianshan Mountain, Xinjiang of China[J]. Earthquake, 34(1): 77—86(in Chinese). [本文引用:1]
[13] 刘建明, 吴传勇, 王琼, 等. 2016. 2011—2014年3次于田 MS≥5. 0地震序列重定位及其发震构造[J]. 地震学报, 38(5): 671—683.
LIU Jian-ming, WU Chuan-yong, WANG Qiong, et al. 2016. Relocation of three Yutian MS≥5. 0 earthquake sequences during 2011-2014 and their seismogenic structures[J]. Acta Seismologica Sinica, 38(5): 671—683(in Chinese). [本文引用:1]
[14] 吕坚, 郑勇, 倪四道, 等. 2008. 2005年11月26日九江-瑞昌 MS5. 7、 MS4. 8地震的震源机制解与发震构造研究[J]. 地球物理学报, 51(1): 158—164.
LÜ Jian, ZHENG Yong, NI Si-dao, et al. 2008. Focal mechanisms and seismogenic structures of the MS5. 7 and MS4. 8 Jiujiang-Ruichang earthquakes of Nov. 26, 2005[J]. Chinese Journal of Geophysics, 51(1): 158—164(in Chinese). [本文引用:1]
[15] 邵学钟, 张家茹, 范会吉, 等. 1996. 天山造山带地壳结构与构造: 乌鲁木齐-库尔勒地震转换波测深剖面[J]. 地球物理学报, 39(3): 336—346.
SHAO Xue-zhong, ZHANG Jia-ru, FAN Hui-ji, et al. 1996. The crust structures of Tianshan orogenic belt: A deep sounding work by converted waves of earthquakes along Urumqi-Korla profile[J]. Chinese Journal of Geophysics, 39(3): 336—346(in Chinese). [本文引用:1]
[16] 韦生吉, 倪四道, 崇加军, 等. 2009. 2003年8月16日赤峰地震: 一个可能发生在下地壳的地震?[J]. 地球物理学报, 52(1): 111—119.
WEI Sheng-ji, NI Si-dao, CHONG Jia-jun, et al. 2009. The 16 August 2003 Chifeng earthquake: Is it a lower crust earthquake?[J]Chinese Journal of Geophysics, 52(1): 111—119(in Chinese). [本文引用:1]
[17] 杨文, 龙海云, 姚琪. 2017. 2015年7月3日新疆皮山 MS6. 5地震序列活动性及重新定位研究[J]. 地震, 37(1): 166—174.
YANG Wen, LONG Hai-yun, YAO Qi. 2017. Seismicity and relocation of the July 3, 2015 Pishan MS6. 5 earthquake sequence[J]. Earthquake, 37(1): 166—174(in Chinese). [本文引用:1]
[18] 杨晓平, 顾梦林, 孙振国, 等. 2002. 1906年新疆玛纳斯大震区的多层次逆冲构造和深部结构[J]. 地震地质, 24(3): 303—313.
YANG Xiao-ping, GU Meng-ling, SUN Zhen-guo, et al. 2002. Multilayered reverse faults and deep structures in the Manas earthquake area, norththern Tianshan[J]. Seismology and Geology, 24(3): 303—313(in Chinese). [本文引用:1]
[19] 张广伟, 雷建设, 梁姗姗, 等. 2014. 2014年8月3日云南鲁甸 MS6. 5地震序列重定位与震源机制研究[J]. 地球物理学报, 57(9): 3018—3027.
ZHANG Guang-wei, LEI Jian-she, LIANG Shan-shan, et al. 2014. Relocation and focal mechanism solutions of the 3 August 2014 Ludian, Yunnan MS6. 5 earthquake sequence[J]. Chinese Journal of Geophysics, 57(9): 3018—3027(in Chinese). [本文引用:1]
[20] 赵翠萍, 陈章立, 华卫, 等. 2011. 中国大陆主要地震活动区中小地震震源参数研究[J]. 地球物理学报, 54(6): 1478—1489.
ZHAO Cui-ping, CHEN Zhang-li, HUA Wei, et al. 2011. Study on source parameters of small to moderate earthquakes in the main seismic active regions, China mainland [J]. Chinese Journal of Geophysics, 54(6): 1478—1489(in Chinese). [本文引用:1]
[21] 郑秀芬, 欧阳飚, 张东宁, 等. 2009. “国家数字测震台网数据备份中心”技术系统建设及对汶川大地震研究的数据支撑[J]. 地球物理学报, 52(5): 1412—1417. doi: DOI: 103936/j. issn. 0001-5733. 2009. 5. 031.
ZHENG Xiu-fen, OUYANG Biao, ZHANG Dong-ning, et al. 2009. Technical system construction of Data Backup Center for China Seismograph Network and the data support to researches on the Wenchuan earthquake[J]. Chinese Journal of Geophysics, 52(5): 1412—1417(in Chinese). [本文引用:1]
[22] 郑勇, 马宏生, 吕坚, 等. 2009. 汶川地震强余震( MS≥5. 6)的震源机制解及其与发震构造的关系[J]. 中国科学(D辑), 39(4): 413—426.
ZHENG Yong, MA Hong-sheng, LÜ Jian, et al. 2009. Source mechanism of strong aftershocks( MS≥5. 6)of the Wenchuan earthquake and the implication for seismotectonics[J]. Science in China(Ser D), 52(6): 739—753. [本文引用:1]
[23] Abdrakhmatov K Y, Aldazhanov S A, Hager B H, et al. 1996. Relatively recent construction of the Tien Shan inferred from GPS measurements of present-day crustal deformation rates[J]. Nature, 384: 450—453. [本文引用:1]
[24] Avouac J P, Tapponnier P, Bai M, et al. 1993. Active thrusting and folding along the northern Tien Shan and late Cenozoic rotation of the Tarim relative to Dzhugaria and Kazakhstan[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 98(B4): 6755—6804. [本文引用:1]
[25] Deng Q D, Zhang P Z, Xu X W, et al. 1996. Paleoseismology of the northern piedmont of Tianshan Mountains, northwestern China[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 11: 5895—5920. [本文引用:1]
[26] Ekström G, Nettles M, Dziewoński A M. 2012. The global CMT project 2004-2010Centroid-moment tensors for 13017 earthquakes[J]. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 200—21: 1—9. [本文引用:1]
[27] Lu R Q, He D F, Xu X W, et al. 2017. Seismotectonics of the 2016 M6. 2 Hutubi earthquake: Implications for the 1906 M7. 7 Manas earthquake in the northern Tian Shan belt, China[J]. Seismological Research Letters, 89(1): 13—21. doi: DOI:10.1785/0220170123. [本文引用:2]
[28] Julian B R, Miller A D, Foulger G R. 1998. Non-double-couple earthquakes theory[J]. Reviews of Geophysics, 36(4): 525—549. [本文引用:1]
[29] Lei J S, Xie F R, Mishra O P, et al. 2012b. The 2011 Yingjiang, China, earthquake: A volcano-related fluid-driven earthquake?[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 102(1): 417—425. [本文引用:1]
[30] Lei J S, Zhang G W, Xie F R, et al. 2012a. Relocation of the 10 March 2011 Yingjiang, China, earthquake sequence and its tectonic implications[J]. Earthquake Science, 25: 103—110. [本文引用:1]
[31] Miller A D, Foulger G R, Julian B R. 1998. Non-double-couple earthquakes observations[J]. Reviews of Geophysics, 36(4): 551—568. [本文引用:1]
[32] Molnar P, Tapponnier P. 1975. Cenozoic tectonics of Asia: Effects on a continental collision[J]. Science, 189: 419—426. [本文引用:1]
[33] Waldhauser F, Ellsworth W L. 2000. A double-difference earthquake location algorithm: Method and application to the Northern Hayward Fault, California[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 90: 1353—1368. [本文引用:1]
[34] Xu Y, Liu F T, Liu J H, et al. 2002. Crust and upper mantle structure beneath western China from P wave travel time tomography[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 107(B10), 2220. doi: DOI:10.1029/2001JB000402. [本文引用:1]
[35] Zhao L S, Helmberger D V. 1994. Source estimation from broadband regional seismograms[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 84(1): 91—104. [本文引用:1]
[36] Zhou Z G, Lei J S. 2015. Pn anisotropic tomography under the entire Tienshan orogenic belt[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 111: 568—579. [本文引用:1]
[37] Zhu L P, Ben-zion Y. 2013. Parametrization of general seismic potency and moment tensors for source inversion of seismic waveform data[J]. Geophysical Journal International, 194(2): 839—843. doi: DOI:10.1093/gji/ggt137. [本文引用:1]
[38] Zhu L P, Helmberger D V. 1996. Advancement in source estimation techniques using broadband regional seismograms[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 86(5): 1634—1641. [本文引用:1]
[39] Zhu L P, Rivera L A. 2002. A note on the dynamic and static displacements from a point source in multilayered media[J]. Geophysical Journal International, 148(3): 619—627. [本文引用:1]